隨著工藝進步，集成電路的性能繼續(xù)沿著摩爾定律劃定的軌跡前進，與此同時，芯片設計復雜度增長的速度遠比工藝和性能提高的速度快，因此，以IP核重用為標志的SoC設計方法在近些年取得了蓬勃發(fā)展，用于手機、數(shù)字電視、消費電子等大批量市場的集成電路基本上都是SoC芯片的天下。
接口是SoC的基本功能之一，是實現(xiàn)SoC中嵌入式CPU訪問外設或與外部設備進行通信、傳輸數(shù)據(jù)的必備功能。通過對11600個IP核的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，接口類IP核的數(shù)量為1234個，占總數(shù)的11%，是緊隨模擬和混合信號、物理庫、存儲器之后，數(shù)量第4多的IP核。
圖1 IP核的總體分布
在需求方面，根據(jù)CSIP的IP需求調查，IP交易領域主要集中在三個方面，一是開發(fā)難度較大和應用復雜的高端CPU和DSP；二是標準的接口IP(例如USB接口、PCI Express等)；三是模擬IP（如PLL，ADC等）。這三類IP需求占到總需求的一半多。而其他的交易類型如標準的內存模塊，以及一些面向特殊應用的IP，則占據(jù)國內需求的三分之一，參見圖2。
圖2 國內SoC設計對IP核的需求
接口按數(shù)據(jù)傳輸速率大致可分為低速、中速和高速。低速接口中，既有CAN、LIN、MIL-STD-1553、I2C、FlexRay、USB 1.1這樣的串行總線接口，也有VME、PCI、PCMCIA這些推出很長時間的并行接口。中高速接口則是清一色的串行接口，如中速接口USB 2.0、LVDS、HDMI 1.3，高速接口IEEE1394、USB 3.0、PCIe 3.0、HDMI 1.4、MIPI、Rapid IO、 SATA。通過對717個接口IP核的統(tǒng)計，低速、中速和高速接口IP核的數(shù)量幾乎各占1/3，見圖3。
圖3 低速、中速和高速接口IP核的分布
雖然數(shù)量接近，但趨勢顯然是向高速接口發(fā)展，幾乎已經(jīng)沒有IP核企業(yè)繼續(xù)開發(fā)USB 1.1、CAN、LIN等低速接口IP核，新推出的中速接口IP核也越來越少，大家都把注意力放在高速接口IP核上。一是在標準制定上，版本升級后的高速接口一般都能做到向下兼容，IP核研發(fā)企業(yè)會開發(fā)滿足各種數(shù)據(jù)速率版本的IP核，因此沒有必要繼續(xù)為老的標準投入資源。二是工藝進步和市場壓力迫使So設計企業(yè)競相采用更高速的接口。
消費類SoC芯片越來越多的采用USB 2.0或USB 3.0、HDMI等高速串行總線接口，以滿足大量多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捫枨蟆Ｈ鏐roadcom公司推出的數(shù)字電視芯片BCM7335就集成了USB 2.0、以太網(wǎng)、HDMI和SATA 2接口，見圖4。
圖4 數(shù)字電視芯片BCM7335的結構框圖
由于PC的廣泛使用，以及消費類電子產(chǎn)品的普及，USB已經(jīng)成為最常用的串行接口，數(shù)據(jù)傳輸速率從1.0版的1.5Mbps，到1.1版的12Mbps，再到2.0版的480Mbps，USB 3.0的數(shù)據(jù)速率已經(jīng)達到驚人的5Gbps，事實上目前還沒有那個外設在實際使用當中能達到這樣高的速度。USB 3.0還擠壓了其他總線的市場空間，如IEEE 1394的數(shù)據(jù)速率也達到3.2Gbps，在以往的數(shù)碼攝像機中被廣泛采用，在一些移動存儲設備中也有采用。不過，新推出的設備已經(jīng)基本不再采用IEEE 1394接口了。如新的數(shù)碼攝像機普遍采用光盤或硬盤做為存儲介質，用USB接口傳輸視頻文件。
標準的不斷升級推動著IP核的不斷升級，圖5是USB IP核按標準分布的情況，包括PHY和控制器。
圖5 USB IP核的版本分布
USB控制器IP核的開發(fā)難度相對較小，提供商也較多，USB 2.0和USB 3.0 PHY的開發(fā)難度很大，提供商主要有Synopsys、IP innopower、Snowbush IP、VeriSilicon和IPGoal。Snowbush IP已經(jīng)開發(fā)出采用40nm工藝的USB 3.0 IP核，領先一步。VeriSilicon和IPGoal這兩家國內企業(yè)在USB 2.0 PHY上有一些產(chǎn)品，在國內的市場占有率很高。USB PHY IP核的廠商分布見圖6。
圖6 USB PHY IP核的提供商分布
新標準和新版本的不斷出現(xiàn)，推動著接口IP核的豐富和發(fā)展。伴隨工藝的進步，PHY等模擬類IP核的開發(fā)難度越來越大，SoC設計企業(yè)越來越依賴于成熟的高質量IP核。目前，在對國內SoC設計項目的調查中發(fā)現(xiàn)，一些高速接口IP核還依賴于國外企業(yè)，而且這些IP核的供應商較少，國內企業(yè)的選擇面較窄，IP核的價格也十分昂貴。國內IP核企業(yè)在這方面大有可為，應該利用國內研發(fā)成本較低的優(yōu)勢，開發(fā)出替代國外IP核的產(chǎn)品，前提是充分保證IP核的質量和穩(wěn)定性。
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